DE3808372A1

DE3808372A1 - Reaktionsprodukte aus borsaeure und alkanoletheraminen und deren verwendung als korrosionsschutzmittel

Info

Publication number: DE3808372A1
Application number: DE3808372A
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Hadamik; Wilfried Dipl Chem Dr Kappa; Georg F Urban
Original assignee: Rewo Chemische Werke GmbH
Current assignee: Witco Surfactants GmbH
Priority date: 1988-03-12
Filing date: 1988-03-12
Publication date: 1989-09-21
Also published as: ES2063064T3; DE58908338D1; EP0332897A3; JPH01316387A; US5055231A; EP0332897A2; EP0332897B1; CA1337993C

Description

Die Erfindung betrifft Reaktionsprodukte aus Borsäure und Alkanoletheraminen und deren Verwendung als Korrosions schutzmittel.

Von der metallverarbeitenden Industrie wurden in den letzten Jahren immer höhere Anforderungen hinsichtlich der Qualität der verwendeten Kühlschmiermittel gestellt.

Neben den guten Kühl- und Schmiereigenschaften wurden insbesondere gute Korrosionsschutzeigenschaften, Stabilität gegenüber Mikroorganismen und dort, wo ein Hautkontakt unvermeidbar war, dermatologisch unbedenklich und allgemein nichttoxisiche Verbindungen gefordert.

Aber auch in anderen technischen Anwendungsbereichen, wo Wasser oder wäßrige Lösungen in Gegenwart von korrosionsgefährdeten Metallen bzw. deren Legierungen zur Anwendung kommen, besteht immer ein Bedürfnis nach ausreichendem Korrosionsschutz.

In der Vergangenheit wurden bereits eine Reihe von Korro sionsschutzinhibitoren vorgeschlagen, wobei sich insbesondere die Salze oder Umsetzungsprodukte aus Mono-, Di- oder Trialkanolaminen und Borsäure gegebenenfalls unter Mitverwendung organischer Säuren, als positiv herausgestellt haben.

So sind aus der US-PS 29 99 064 Mischungen von Borsäure, ungesättigten Fettsäuren und Alkanolaminen bekannt. Die wäßrigen Lösungen werden als Schneidflüssigkeiten eingesetzt und sollen verbesserte mikrobiozide Eigenschaften aufweisen. Neben dem Nachteil des Schäumens ist die antikorrosive Wirksamkeit dieser Mischungen nicht ausreichend.

In der DE-OS 16 20 447 und DE-OS 20 07 229 werden Salze oder Kondensationsprodukte von Alkanolaminen und Orthoborsäure als schaumarme, wasserhärtenunempfindliche Rostschutzmittel mit fungistatischen und bakteriostatischen Wirkungen beschrieben. Die Korrosionsschutzwirkung dieser Verbindungen hat sich in der Praxis aber als noch unzureichend erwiesen.

Bei der Mitverwendung von sekundären Aminen ist es nicht auszuschließen, daß durch Reaktion mit anderen Mischungsbestandteilen der wäßrigen Endformulierungen oder unter Anwendungsbedingungen Nitrosamine gebildet werden. Die toxikologischen Bedenken gegen Nitrosamine sind hinreichend diskutiert worden und bekannt.

Nitrosaminbildung tritt bei der Verwendung primärer Amine nicht auf. Daher sind die in der US-PS 40 22 713 beschriebenen Umsetzungsprodukte aus Monoalkanolaminen mit 1-3 Kohlenstoffatomen im Alkanolrest in dieser Hinsicht unbedenklich. Bei ihrer Verwendung als Rostinhibitoren entsprechen sie aber noch nicht den Anforderungen der Praxis, außerdem hat sich bei der Verwendung als Schneidöle oder Kühlschmiermittel auch die Klebrigkeit ihre Antrocknungsrückstände unangenehm bemerkbar gemacht.

Das Ziel der Erfindung war die Auffindung solcher wasserlöslicher Verbindungen, welche bei ihrer Verwendung in wäßrigen Lösungen, gegebenenfalls unter Mitverwendung weiterer Komponenten, sowohl ausgezeichnete Korrosions schutzwirkungen aufweisen, schaumarm sind als auch in den Anwendungskonzentrationen mikrobiozid oder mikrobiostatisch wirken und keine klebrigen Antrocknungsrückstände bilden.

Schließlich sollten die Verbindungen sowohl bei der Lagerung als auch unter Anwendungsbedingungen keine Nitros amine bilden.

Dieses Ziel wurde nun überraschenderweise durch die Verwendung bzw. Mitverwendung von Reaktionsprodukten aus Borsäure und Alkanoletheraminen erreicht.

Gegenstand der Erfindung sind neue Reaktionsprodukte aus Orthoborsäure oder deren Analoga und Alkanoletheraminen der allgemeinen Formel

H(OCHR-CH₂)_n-O-R¹-NH₂, (I)

worin
R = H oder CH₃;
R¹ = -(CH₂)₂-, -(CH₂)₃-,

bedeutet und n eine Zahl zwischen 1-10 sein kann.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Korrosionsschutzmittel in Form einer wäßrigen Lösung, enthaltend mindestens ein Reaktionsprodukt gemäß Anspruch 1.

Es wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäßen neuen Reaktionsprodukte hinsichtlich ihrer Wirkung gegen Mikro organismen, ihrer Korrosionsschutzwirkung, dem Schaumverhalten, dem toxikologischen und dermatologischen Verhalten allen Anforderungen der Praxis entsprechen. Darüber hinaus wurde überraschenderweise auch ein besseres Viskositätsverhalten und eine einfache Verarbeitbarkeit zu den Endformulierungen gefunden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Antrocknungsrückstände klebfrei sind.

Die erfindungsgemäßen Reaktionsprodukte werden hergestellt durch Umsetzung von Orthoborsäure oder deren Analog und den Alkanoletheraminen der allgemeinen Formel I in Molverhältnissen von Borsäure: Alkanoletheramin von 1 : 1 bis 1 : 6, wobei in Abhängigkeit der Molverhältnisse und Reaktionsbedingungen Verbindungen oder Mischungen in statistischer Verteilung entstehen können. Bevorzugt werden Alkanoletheramine mit R=H, R¹=-(CH₂)₂- und n= 1-5, insbesondere n=1 im Molverhältnis von Borsäure zu Alkanoletheramin von 1 : 1 eingesetzt.

Die Alkanoletheramine der allgemeinen Formel I sind technische Gemische, in welchen neben der Hauptkomponente andere Homologe in geringen Mengen vorhanden sind. Durch Destillation nach allgemein üblichen Bedingungen kann der Verteilungsgrad weiter eingegrenzt werden.

Aus den o. a. toxikologischen und dermatologischen Gründen werden die Monoalkanoletheraminverbindungen bevorzugt. Bei Anwendungen, bei denen ein Haut- oder sonstiger Kontakt ausgeschlossen werden kann oder bei Lagerung und Anwendung die Bildung von Nitrosaminen nicht eintritt, können auch die entspechenden Dialkanoletheraminverbindungen eingesetzt werden, daß heißt Verbindungen der allgemeinen Formel II

worin
R, R¹, n die o. a. Bedeutung haben, mit m=2 und z=1.

Die entsprechenden Trialkanolverbindungen mit m=3 und z =0 sind hier ebenfalls anwendbar.

Als der Einfachheit halber weiterhin so genannten Alkanoletheramine kommen ferner solche in Betracht, die am Stickstoffatom durch gegebenenfalls verzweigte Alkylgruppen, insbesondere C₁-C₃, substituiert sind.

Die Umsetzung zu den erfindungsgemäßen Reaktionsprodukten wird beispielsweise so durchgeführt, daß man das Alkanoletheramin und gegebenenfalls inerte Lösungsmittel vorlegt, auf 70-80°C erhitzt und unter Rühren langsam die Orthoborsäure zugibt. Die Reaktion wird bei 70-160°C, vorzugsweise 80°C, durchgeführt und ist nach 2-3 Stunden beendet.

Die hierbei je nach Reaktionstemperatur und Reaktionszeit gegebenenfalls freiwerdenden Mengen an Wasser werden unter Normaldruck aus der Reaktionsmischung entfernt.

Die erfindungsgemäßen Reaktionsprodukte können in Konzentraten bis zu 50 Gew.-% enthalten sein und sind in den zur Anwendung kommenden wäßrigen Lösungen oder Emulsion mit etwa 0,1-6 Gew.-%, vorzugsweise 0,2-3 Gew.-%, enthalten.

Die Konzentrate und wäßrigen Lösungen können zusätzlich noch weitere übliche Korrosionsschutzmittel enthalten, wie z. B. Aryl- oder Alkylsulfonamidocarbonsäuren der allgemeinen Formel II

worin R¹ ein gegebenenfalls substituierter aliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit 12-22 C-Atomen, ein gegebenenfalls substituierter aromatischer Kohlenwasserstoffrest mit 6-10 C-Atomen, R²=Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Hydroxymethyl, Cyanoethyl, Carboxymethyl, R³ eine Alkylengruppe mit 1-6 C-Atomen bedeutet.

Diese Verbindungen und ihre Herstellung werden in den DE-PSen 9 00 041, 12 98 672 und 11 43 953 beschrieben und können in Mengen von 2-50 Gew.-%, bezogen auf die Mischung aus Reaktionsprodukt und Sulfonamidocarbonsäure, mitverwendet werden. Bevorzugt werden erfindungsgemäß die Arylsulfonamidocarbonsäuren wie ε-(Benzolsulfonyl-N- methylamino)-n-Capronsäure oder ε-(Toluolsulfonyl-N- methylamino)-n-Capronsäure mitverwendet. Erforderlichenfalls können auch noch weitere, für den Einsatz auf diesem Gebiet bekannte und übliche Wirkstoffe zugegeben werden, wie Spindelöle, Emulgatoren, Fettsäuren, mehrwertige Alkohole, Komplexbildner.

Die wäßrigen Korrosionsschutzmittel sind klare wäßrige Lösungen bis transparente Emulsionen und praktisch schaumfrei und finden Verwendung als Kühl-, Schmier- und Reinigungsmittel für die metallverarbeitende Industrie sowie in technischen Druckübertragungs- und Kühlprozessen.

A) Herstellungsvorschriften Herstellung der erfindungsgemäßen Umsetzungsprodukte Beispiel 1

315 g Diglykolamin (3 Mol) werden vorgelegt und auf 70°C erhitzt. 62 g Orthoborsäure (1 Mol) werden unter Rühren zugegeben und auf 80°C erhitzt, bis eine klare Lösung entsteht.

Man erhält ca. 360 g einer klaren niederviskosen, in Wasser löslichen Flüssigkeit, die als Korrosionsinihibator verwendet werden kann.

Beispiel 2

315 g Diglykolamin (3 Mol) werden vorgelegt und auf 70°C erhitzt. 62 g Orthoborsäure (1 Mol) werden unter Rühren zugegeben und auf 150-160°C erhitzt. Nach einer Reaktionszeit von 3 Stunden werden 9 ml Wasser (1/2) ab destilliert.

Man erhält ca. 350 g einer klaren, mittelviskosen Flüssigkeit.

Beispiel 3

210 g Diglykolamin (2 Mol) werden vorgelegt und auf 70°C erhitzt. 62 g Orthoborsäure (1 Mol) werden langsam zugegeben und bei ca. 80°C 1-2 Stunden reagiert.

Man erhält ca. 250 g einer klaren, mittellviskosen Flüssig keit.

Beispiel 4

210 g Diglykolamin (2 Mol) werden vorgelegt und auf 70°C erhitzt. 124 g Orthoborsäure (2 Mol) werden langsam eingerührt und bei 80-85°C reagiert, bis eine klare Lösung entsteht.

Man erhält nach 2-3 Stunden eine klare, mittelviskose Flüssigkeit.

Beispiel 5

315 g Diglykolamin (3 Mol) werden vorgelegt und auf ca. 70°C erhitzt. 186 g Orthoborsäure (3 Mol) werden langsam zugegeben und die Temperatur langsam auf 150°C erhöht. Nach einer Reaktionszeit von ca. 3 Stunden destillieren 46 g (=2,5 Mol Reaktionswasser).

Man erhält eine klare, hochviskose Flüssigkeit.

Beispiel 6

90Gew.-% aus Beispiel 4 werden bei 40-50°C mit 10 Gew.-% einer Arylsulfonamidocarbonsäure (HOSTACOR®H der Fa. Hoechst) gemischt.

Man erhält eine klare, niederviskose Flüssigkeit, die als Korrosionsschutzmittel eingesetzt werden kann.

Vergleichsprodukt A

62 g Orthoborsäure (1 Mol) werden mit 315 g (3 Mol) Di ethanolamin auf 90°C erhitzt, bis eine klare Lösung ent steht.

Vergleichsprodukt B

62 g Orthoborsäure (1 Mol) werden mit 62 g (1 Mol) Monoethanolamin auf 90°C erhitzt.

Man erhält eine klare, hochviskose Flüssigkeit.

B) Anwendungstechnische Prüfung

Geprüft werden wäßrige Verdünnungen der erfindungsgemäßen Reaktionsprodukte A) 1-6 in der wie folgt angegebenen Weise:
Rostschutztest nach DIN 51 360, Teil 2 (Späne-Filter-Test)

Tabelle 1

Bewertung:
0 = keine Korrosion
1 = Spuren Korrosion
2 = leichte Korrosion
3 = mäßige Korrosion
4 = starke Korrosion

C. Herstellung von Konzentraten für die spanende Metallbearbeitung

Mit den oben angeführten Beispiel-Substanzen A) 1-6 lassen sich auf einfache Weise moderne wassermischbare, biostabile Kühlschmierstoffe formulieren:

Vorschrift I

35 g Spindelöl¹⁾
12 g Fettsäurediethanolamid²⁾
9 g nichtionogener Emulgator³⁾
23 g erfindungsgemäßes Reaktionsprodukt aus Beispiel A) 1
14 g Wasser
3 g Hilfsstoffe^4/1)
4 g Hilfsstoffe^4/2)

Vorschrift II

32 g Spindelöl¹⁾
14 g Fettsäurediethanolamid²⁾
9,5 g nichtionogener Emulgator³⁾
22 g erfindungsgemäßes Reaktionsprodukt aus Beispiel A) 4
14 g Wasser
5,5 g Ölsäure
3 g Hilfstoffe^4/2)

Vorschrift III

40 g Spindelöl
15 g Fettsäurediethanolamid²⁾
8 g nichtionogener Emulgator³⁾
22 g erfindungsgemäßes Reaktionsprodukt aus Beispiel A) 3
9 g Wasser
3 g Hilfstoffe^4/1)
3 g Hilfstoffe^4/2)

Vorschrift IV

35 g Spindelöl¹⁾
12 g Fettsäurediethanolamid²⁾
9 g nichtionogener Emulgator³⁾
23 g erfindungsgemäßes Reaktionsprodukt aus Beispiel A) 6
14 g Wasser
3 g Hilfstoffe^4/1)
4 g Hilfstoffe^4/2)

Vorschrift V

32 g Spindelöl¹⁾
14 g Fettsäurediethanolamid²⁾
9,5 g nichtionogener Emulgator³⁾
22 g erfindungsgemäßes Reaktionsprodukt aus Beispiel A) 1
14 g Wasser
5,5 g Ölsäure
3 g Hilfstoffe^4/2)

Vergleichsbeispiel 1

35 g Spindelöl¹⁾
12 g Fettsäurediethanolamid²⁾
5 g nichtionogener Emulgator³⁾
29 g Vergleichsprodukt A
14 g Wasser
3 g Hilfstoffe^4/2)
2 g Hilfstoffe^4/1)

Vergleichsbeispiel 2

30 g Spindelöl¹⁾
12 g Fettsäurediethanolamid²⁾
7 g nichtionogener Emulgator³⁾
20 g Vergleichsprodukt B
8 g Diethanolamin
14 g Wasser
6 g Ölsäure
3 g Hilfstoffe^4/2)

Erläuterungen:
¹) Spindelöl auf Basis eines Mineralölraffinats mit einer Viskosität von 10 cSt bei 20°C
²) Fettsäurediethanolamid auf Basis monomerer Fettsäuren mit 8-22 C-Atomen
³) Fettalkohole mit einer Kettenlänge von 12-18 C-Atomen und 4-6 Molen Ethylenoxid
⁴^/¹) Fettsäuren mit einer Kettlänge von 12-18 C-Atomen
⁴^/²) Glykole (vorzugsweise Diethylenglykolmonobutylether)
⁴^/³) Komplexbildner (Ethylendiamintetraessigsäure-tetra- Na-Salz)

Obige Konzentrate werden vorzugsweise 2-5%ig bei der spangebenden Metallbearbeitung in wäßriger Emulsion eingesetzt (Tabelle 2).

Tabelle 2

Anwendungstechnische Prüfung

Claims

1. Reaktionsprodukte aus Borsäure und mindestens einem Alkanoletheramin der allgemeinen Formel H(OCHR-CH₂)_n-O-R¹-NH₂, (I)worin
R = H oder CH₃;
R¹ = -(CH₂)₂-, -(CH₂)₂-, bedeutet und n eine Zahl zwischen 1-10 sein kann.

2. Reaktionsprodukte gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R=H und R¹=-(CH₂)₂ mit n= 1,5 bedeutet.

3. Reaktionsprodukte gemäß den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung von Borsäure mit Alkanoletheramin im Molverhältnis von 1 : 1 bis 1 : 6 erfolgt.

4. Korrosionsschutzmittel in Form einer wäßrigen Lösung, enthaltend mindestens ein Reaktionsprodukt nach Anspruch 1.

5. Korrosionsschutzmittel in Form einer wäßrigen Lösung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsprodukt gemäß Anspruch 1 in Mengen von 0,5-50 Gew.-%, bezogen auf Gesamtmischung, gegebenenfalls unter Mitverwendung üblicher Korrosionsschutzmittel und weiterer bekannter Wirkstoffe eingesetzt wird.

6. Korrosionsschutzmittel in Form einer wäßrigen Lösung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Reaktionsprodukt gemäß Anspruch 2 in Mengen von 0,1-6 Gew.-% eingesetzt wird.

7. Korrosionsschutzmittel in Form einer wäßrigen Lösung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Sulfon amidocarbonsäuren der allgemeinen Formel R¹-SO₂-NR²-R³-COOHworin R¹ ein gegebenenfalls substituierter aliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit 12-22 C-Atomen, ein gegebenenfalls substituierter aromatischer Kohlenwasserstoffrest mit 6-10 C-Atomen, R²=Wasserstoff, ein Methyl-, Ethyl-, Hydroxymethyl-, Cyanoethyl-, Carboxymethylrest und R³ eine Alkylengruppe mit 1-6 C-Atomen bedeutet, mitverwendet werden.